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分子磁性材料具有体积小、重量轻、结构多样化、易于复合加工成型等优点。由于组成上的多样性,使其表现为可控的磁特性,同时,往往表现为电磁、光磁及磁光特性的多功能性。这种新型材料具有巨大的潜在应用价值。八十年代末,随着二茂铁衍生物与四氰基乙烯自由基形成的电荷转移盐分子磁体的成功制备,分子磁性材料的研究引起各国学者的广泛注意和浓厚兴趣。嵌入化合物往往具有导电性、超导电性、非线形光学性及磁性,是设计和制备分子磁性材料的一条有效途径。本文对两类有机-无机杂化层状化合物的磁性及磁耦合相互作用的微观机理进行了详细研究,主要研究内容有:
1.制备了多晶FeOCl粉末样品及其嵌入化合物FeOCl(FeCp2)0.16、FeOCl(CoCp2)0.36、FeOCl(HQ078,利用x射线衍射、热重和差热分析、Mossbauer谱及宏观磁测量对其结构、热性质、宏观磁性及磁耦合相互作用进行了研究。实验结果表明,FeOCl在低温下表现为非共线的反铁磁性,Fe3+离子的自旋沿着晶相b和c轴弛豫,4.2K时弱的磁滞现象来自于自旋倾斜,偶极-偶极相互作用在三维磁有序中起着重要作用。而嵌入化合物表现为共线的反铁磁耦合,Fe3+离子的自旋只沿着晶相c轴弛豫,层间客体中的金属离子处于顺磁状态,即使在极低温度下也不参与磁耦合。
2.采用固态合成方法制备了多晶FePS3样品及阳离子混合的多晶系列样品MnxFe1-xPS3(x~0-1),用溶液合成法制备了嵌入化合物Fe0.95PS3(MV)0.11及FePS3(CoCp2)0.40变温Mossbauer谱学研究表明,FePS3在低温下为共线的反铁磁体,磁耦合相互作用满足Ising模型,磁耦合相互作用的各向异性来源于三角扭曲的八面体晶场产生的单粒子各向异性。多晶系列样品MnxFe1-xPS3(x0-1)中,阳离子的布居是有序的,与由Hückel紧束缚近似计算的结果相一致。嵌入化合物Fe095PS3(MV)0.11从高温降到低温的过程中,经历了两级磁相变过程,开始是顺磁到铁磁的相变,然后是铁磁到反铁磁的相变,产生铁磁性的原因是层内铁离子空位的形成及部分铁离子被还原导致的自旋倾斜及自旋未完全补偿。嵌入化合物FePS3(CoCp2)0.40在低温下表现为弱的铁磁性,是由于层内部分铁离子被还原导致的自旋倾斜所致。